CN107942617A - 控制压印材料扩散的方法 - Google Patents

Abstract

公开了控制压印材料扩散的方法。在可用于压印光刻的基板上具有限定压印场的位置，所述压印场还由内部区域、围绕所述内部区域的周边区域以及边界进一步限定，其中所述周边区域还包括流体控制特征。允许在压印场位置处沉积在基板上的可聚合材料在基板上扩散，其中流体控制凹凸特征使得可聚合材料的扩散重新定向，以在然后执行进一步的压印光刻技术时最小化可聚合材料扩散超过压印场边界。

Description

控制压印材料扩散的方法

纳米制造包括具有大约100纳米或更小的特征的非常小的结构的制造。纳米制造具有相当大影响的一个应用是集成电路的处理。半导体处理工业持续努力以提高产量，同时增加在基板上形成的每单位面积的电路；因此纳米制造变得越来越重要。纳米制造提供更大的处理控制，同时允许所形成的结构的最小特征尺寸的持续减小。

如今使用的示例性纳米制造技术通常被称为纳米压印光刻。纳米压印光刻在各种应用中是有用的，包括例如制造诸如CMOS逻辑、微处理器、NAND闪存、NOR闪存、DRAM存储器或其他存储器器件(诸如MRAM、3D交叉点存储器、Re-RAM、Fe-RAM、STT-RAM等)之类的集成器件的层。示例性的纳米压印光刻处理在诸如美国专利No.8,349,241、美国专利No.8,066,930和美国专利No.6,936,194的许多出版物中有详细描述，所有这些都通过引用并入本文。

在上述美国专利中的每一个中公开的纳米压印光刻技术包括在可成形(例如可聚合)层中形成凹凸图案，并将对应于凹凸图案的图案转印到下面的基板中。图案化处理通常使用与基板间隔开的模板，其中可成形物例如通过液滴分配技术作为液体被施加到基板。可成形液体被固化以形成固化层，该固化层具有符合与可成形液体接触的模板的表面的形状的图案。固化后，模板被与固化层分离。在某些情况下，然后在逐个场(filed-by-filed)的基础上跨基板重复该处理，直到整个基板被图案化为止(所谓的“分步重复”处理)。然后对基板进行诸如蚀刻处理的附加处理，以将对应于在固化层中形成的图案的凹凸图像转印到基板中。特别是在这种分步重复步骤中，期望避免将可成形材料挤出超过模板图案化表面。当这种挤出发生时，它可能导致各种印记和印后缺陷。

发明内容

在第一总体方面，提供了一种基板，在该基板上具有限定压印场的位置，所述压印场还由内部区域、围绕所述内部区域的周边区域和边界进一步限定，其中所述周边区域还包括流体控制特征。所提供的基板然后可以经受如下方法：在压印场位置处将可聚合材料沉积到基板上并且允许可聚合材料在基板上扩散，其中流体控制凹凸特征使得可聚合材料的扩散重新定向，以最小化可聚合材料扩散超过压印场边界。

这些总体方面的实现可以包括以下特征中的一个或多个。流体控制特征靠近压印场边界的边缘设置并且按照平行于每个这样的边缘的方向取向。流体控制特征是细长特征，该细长特征的长度为其宽度的至少10或100或1000或10000倍。流体控制特征是线、线段或交错条。流体控制特征包括可选地具有0.005μm至1μm的高度或深度的突起和/或凹陷。

在进一步提供的方面中，该方法还可以包括使压印光刻模板与沉积在基板上的可聚合材料接触以填充模板的凹凸图案。提供的压印光刻模板可以包括以下特征中的一个或多个。流体控制特征提供在模板的与基板的压印场的周边区域对准的区域中。模板的这种流体控制特征可以与基板的流体控制特征互补并对准。在某些方面，模板的流体控制特征与基板的流体控制特征互补并对准或者相对于基板的流体控制特征交错。在其他方面，模板的流体控制特征相对于基板的突出流体控制特征凹陷并交错。

在另外的方面，可聚合材料可以被固化以在压印场位置处在基板上形成图案化层，并且一旦形成图案，模板就可以与固化的图案分离。图案一旦形成就可以被转印到基板中，并且基板被进一步处理以制造器件。

从附图和下面的详细描述中，本发明的其它特征和优点将是清楚的。

附图说明

因此，通过参考附图中所示的实施例，可以详细了解本发明的特征和优点，可以来对本发明的实施例进行更具体的描述。然而，应当注意，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本发明可以允许其他同等有效的实施例。

图1示出了具有模板和与基板间隔开的模具的纳米压印光刻系统的简化侧视图。

图2示出了图1所示的基板的简化视图，其上形成有固化的图案层。

图3示出了与基板间隔开的纳米压印光刻模板的简化侧视图

图4示出了图3的基板的局部顶视图。

图5A-图5D示出了图3的光刻模板和基板的简化侧视图，其中模板接触沉积在基板上的可成形材料。

图6A-图6D示出了根据本发明的实施例的光刻模板和基板的简化侧视图，其中模板接触沉积在基板上的可成形材料。

图7A-图7D示出了根据本发明的另一个实施例的光刻模板和基板的简化侧视图，其中模板接触沉积在基板上的可成形材料。

图8A-图8D示出了根据本发明的又一个实施例的光刻模板和基板的简化侧视图，其中模板接触沉积在基板上的可成形材料。

图9A-图9D示出了根据本发明的另一实施例的光刻模板和基板的简化侧视图，其中模板接触沉积在基板上的可成形材料。

具体实施方式

本文进一步描述了用于避免将可成形材料挤出超过模板图案化表面的各种技术。具体参见图1，其中示出了用于在基板12上形成凹凸图案的示例性纳米压印光刻系统10。基板12可以耦合到基板卡盘14。如图所示，基板卡盘14是真空卡盘。然而，基板卡盘14可以是任何卡盘，包括但不限于真空、针型、槽型、静电、电磁和/或类似的卡盘。在美国专利No.6,873,087中描述了示例性卡盘，该专利通过引用并入本文。

基板12和基板卡盘14可以由载台16进一步支撑。载台16可以沿x、y和z轴提供平移和/或旋转运动。载台16、基板12和基板卡盘14也可以被定位在基座(未示出)上。

模板18与基板12间隔开。模板18可以包括具有第一侧和第二侧的主体，其中一侧具有从其朝向基板12延伸的台面20。台面20在其上可以具有图案化表面22。此外，台面20可以被称为模具20。可替代地，模板18可以被形成为没有台面20。

模板18和/或模具20可以由这样的材料形成，包括但不限于熔融二氧化硅、石英、硅、有机聚合物、硅氧烷聚合物、硼硅酸盐玻璃、氟碳聚合物、金属、硬化蓝宝石和/或类似物。如图所示，图案化表面22包括由多个间隔开的凹陷24和/或突起26限定的特征，但是本发明的实施例不限于这种配置(例如，平面)。图案化表面22可以限定任何原始图案，该原始图案形成要在基板12上形成的图案的基础。

模板18可以耦合到卡盘28。卡盘28可以被配置为(但不限于)真空、针型、槽型、静电、电磁和/或其它类似的卡盘类型。此外，卡盘28可以耦合到压印头30，压印头30又可以可移动地耦合到桥36，使得卡盘28、压印头30和模板18在至少z轴方向上可移动。

纳米压印光刻系统10还可以包括流体分配系统32。流体分配系统32可以用于将可成形材料34(例如，可聚合材料)沉积在基板12上。可使用如下的技术将可成形材料34定位在基板12上，诸如滴涂、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积等。依赖于设计考虑，可成形材料34可以在模具22和基板12之间限定期望体积之前和/或之后被设置在基板12上。例如，可成形材料34可以包括如美国专利No.7,157,036和美国专利No.8,076,386中所述的单体混合物，这两者均通过引用并入本文。

参考图1和图2，纳米压印光刻系统10还可以包括沿路径42引导能量40的能量源38。压印头30和载台16可以被配置成将模板18和基板12定位成与路径42重叠。相机58可以同样地被定位成与路径42重叠。纳米压印光刻系统10可以由与载台16、压印头30、流体分配系统32、源38和/或相机58通信的处理器54来调节，并且可以在存储于存储器56中的计算机可读程序上操作。

压印头30、载台16中的任一个或者这两者改变模具20和基板12之间的距离，以在其间限定由可成形材料34填充的期望体积。例如，压印头30可以对模板18施加力，使得模具20接触可成形材料34。在期望的体积填充有可成形材料34之后，源38产生能量40(例如紫外线辐射)，使得可成形材料34固化和/或交联，以与基板12的表面44的形状和图案化表面22相符合，从而在基板12上限定图案化层46。图案化层46可以包括残余层48和被示出为突起50和凹陷52的多个特征，其中突起50具有厚度t₁，残余层具有厚度t₂。然后可以对其上形成有图案化层46的基板12进行附加的处理(诸如蚀刻处理)，以将对应于图案化层46的图案的凹凸图像转印到基板12中。然后可以对如此图案化的基板进一步进行用于器件制造的已知步骤和处理，包括例如氧化、成膜、沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、粘合和包装等。

上述系统和处理可以进一步用于美国专利No.6,932,934、美国专利No7,077,992、美国专利No7,179,396和美国专利No7,396,475中所指的压印光刻处理和系统，这些专利的全部内容通过引用并入本文。

在诸如上述那些的压印光刻处理中，特别是使用液滴分配技术的光刻处理中，期望避免将可聚合材料34挤出超过台面20的边缘。当发生这种挤出时，其可导致各种压印和印后缺陷。例如，在分步重复处理中，挤出的材料可能导致材料在正被压印的场和相邻的场之间的边界处不想要的堆积，或者更糟的是可能导致材料在相邻的场自身上堆积。这种材料堆积将沿着这些边界以及跨相邻非压印场的受影响区域产生更厚的残余层厚度，这又导致随后的晶片制造过程期间的缺陷，从而降低了器件产量。类似地，如果材料被挤出到先前压印的相邻的场上，则挤出的材料将覆盖先前压印的图案特征，这同样导致随后的处理缺陷并降低了器件产量。此外，挤出的材料也可以积聚在模板台面侧壁上。这种积聚的材料的部分稍后可能断裂并沉积到随后压印的场上，再次导致处理缺陷并降低了器件产量。此外，这种侧壁积聚可导致模板损坏本身，或减少模板使用寿命，或者另外需要昂贵的模板修复或回收。

以前的挤出控制技术聚焦在模板设计，包括诸如在美国专利No.8,361,371中描述的包含流体控制特征。然而，这样的技术仅在模板处于与可聚合材料相互作用的位置，即模板与材料接触之后是有效的。在如上所述的处理中，材料被首先分配在基板上，例如作为液滴，然后运动载台将基板移动到压印头的下方，并到达使模板向下移动并接触沉积在基板上的材料的位置。在模板接触是从中心到周边的过程中(即接触在模板台面的中心开始，然后逐渐朝向台面边缘向外移动)，液滴分配和完全接触到台面边缘(对应于跨指定压印场的完全接触)之间的时间间隔通常可以为1秒以上。在这段时间内，液滴会显著扩散，特别是当在基材上使用具有高润湿性的材料时，而使用具有高润湿性的材料对于高产量的处理是优选的。

如本文进一步描述的，本发明包括在基板上提供流体控制特征，其有助于在模板接触之前控制材料在基板场的边缘处的扩散，以作为最小化或防止材料挤出的方法。在某些处理中，这些特征可以单独工作或与位于压印模板自身上的流体控制特征协同工作。通过这种方法，可以开发更宽的挤出控制处理窗口，以便结合到压印光刻处理中。

参考图3和图4，具有台面20的模板18被示出为与位于基板12上的场100重叠。场100被进一步限定为包括内部区域102和周围的周边区域104。内部区域102表示场100内的要把期望图案转印到基板12以进行进一步的处理并且将要进行器件制造的区域。周围的周边区域104(在本文中有时称为切口区域)包括在压印过程中或在进一步的处理步骤中有用的对准标记和其它计量标记，但是这种切口区域最终将在进一步的处理步骤中被牺牲掉。转到图5A-图5D，其中示出了沉积在切口区域104上或附近的可聚合材料34在台面20与材料34和基板12完全接触之前流过台面边缘21的情形。更具体地，图5A示出了具有沉积为液滴的材料34的基板12，然后如图5B所示，随着模板18接触材料34和基板12，材料34扩散并合并在一起。然而，在该示例中，在与模板18完全接触之前，材料34已经扩散跨过并超过切口区域104，导致在实现完全接触时挤出的材料延伸超过台面边缘21，如图5C所示。当材料34随后固化并且模板18与基板12分离时，如图5D所示，缺陷部分106保留在形成的图案层上，挤出的材料108积聚在模板边缘21上，这两者都可引起后续的缺陷，如前所述。

为了更好地控制这种挤出的材料，本发明提供了位于基板上的流体控制特征。当使用例如在基板上快速扩散的高可润湿材料时，这种控制特征对于防止挤出是有利的。当使用较不快速扩散的材料以便简单地增加压印处理控制窗口时，即在材料分配和完全模板接触之间允许不同可能的时间间隔以适应其他处理变量时，它们也是有利的。在各种实施例中，控制特征可以沿着包括在切口区域内的一个或多个压印场边缘放置。为了进一步控制材料扩散，控制特征也可以具有方向性，例如，它们可以基本上平行于最接近的压印场边界或边缘取向。方向性意味着控制特征可以包括大致平行于邻近的压印场边缘定向的重复的细长特征。这些特征的长度相对于其宽度可以至少为10倍，并且更优选地，长度相对于其宽度至少为10、100、1000或甚至10000或更多倍。控制特征可以具有各种设计，包括但是限于光栅(即，重复特定间距的线和空间)线段、单或多交错条设计、片段或分段线设计、单槽设计、棋盘设计，等等。本领域技术人员将理解，其它特征设计也是有用的，只要实施的设计在平行于压印场边缘或边界的方向上重新引导扩散材料。依赖于压印应用要求，这些特征的宽度可以从亚微米宽度到几微米宽。在特定实施例中，流体控制特征可以被设计成具有在0.005-20um之间的宽度、长度或直径，以及0.005-1um的高度(即，特征凸起)或深度(即，特征凹陷)。在基板上图案化的流体控制特征可进一步用材料进行表面处理，以降低抗蚀剂在这些特征上的润湿性。在基板上图案化的流体控制特征也可以与位于模板上的流体控制特征结合使用。

图6A-图6D示出了具有基板12的实施例，基板12包括位于基板12的切口区域104中的流体控制特征122。在图6A中，可聚合材料34的液滴沉积在切口区域104附近和切口区域104上。随着模板18接触材料34和基板12，液滴随后扩散并合并在一起(图6B)。然而，这里随着材料34跨切口区域104扩散，但是在与模板18完全接触之前，材料的流动被流体控制特征约束和重新定向，以便不延伸超过切口区域104。当实现了完全模板接触时，如图6C所示，材料34保持在压印场内，并且不会挤出超过场的边缘。结果，随后的固化和分离(图6D)不产生任何挤出相关的缺陷。

诸如特征122之类的流体控制特征可以使用本领域技术人员已知的光刻处理形成在基板上，光刻处理包括但不限于光学光刻或压印光刻处理。此外，在某些情况下，这些处理可以被并入现有的处理流程。例如，通常典型的是在将期望的图案压印到基板上之前，将对基板进行平坦化步骤。这种平坦化步骤可以使用空白压印模板，即具有平坦的平面图案化表面的压印模板来执行。这样的模板可以替代地设置有对应于位于模板边缘附近的期望流体控制特征的凹凸图案，使得在场的有效区域被平坦化时，期望的流体控制特征被压印到切口区域中。然后执行随后的蚀刻步骤以将凹凸特征蚀刻到场的切口区域中。类似地，平坦化步骤之后的光学光刻处理可以用于将期望的流体控制特征形成到基板中。也就是说，可以例如通过旋涂处理在整个基板上涂覆平坦化层，随后进行光学光刻步骤以将期望的流体控制特征图案化到平坦化层中。从此，随后的蚀刻步骤同样地将所期望的流体控制特征蚀刻到基板中。类似地，这种压印光刻或光学光刻图案化可以在平坦化之前或者甚至在不进行平面化处理的情况下执行以获得类似的效果。

图7A-图7D示出了本发明的另一个实施例。这里，基板12包括如上在图6A-图6D中所示的流体控制特征122，但是进一步与同样设置有互补的流体控制特征132的模板118组合。特别地参考图7B和图7C，模板控制特征132被定位成与基板12上的特征122对准。由于特征122和132如此对准，模板和基板之间的更大的有效通道被创建用于流体容纳。也就是说，对于相同的二维区域，可以约束和重新引导更大体积的材料。此外，通过限制这样更大体积的材料，材料在场边界边缘处的相关毛细管压力降低。由于毛细管压力驱动流体流动，减少毛细管压力流体会降低边界处的流速，这进一步有助于限制材料挤出。

图8A-图8D示出了类似的实施例。这里，模板120也设置有互补的流体控制特征134，然而它们被定位成偏离基板12上的流体控制特征122。这种布置可以类似地约束并重新引导更大体积的材料穿过相同的二维区域。

图9A-图9D示出了基板12上的流体控制特征122凸起，即从基板12表面向上延伸的实施例。期望这样的特征122不会延伸得高于结果形成的图案层152的目标残余层厚度，以免特征与模板的直接接触，这可能导致模板损坏或可能干扰模板与基板的对准的过于高的摩擦力。这里，相对于流体控制特征122定位模板对准的相应流体控制特征134，以提供图7A-7D的实施例的类似优点，且具有进一步约束在凸起特征位置处的流体流动的附加优点。

在另外的实施例(未示出)中，基板可以设置有凸起和凹陷的流体控制特征二者，并且可以单独使用或与具有互补流体控制特征的模板组合使用。作为这种组合的一个示例，可以使得基板和模板两者的凹陷流体控制对准，从而如图7A-图7D中那样为流体控制创建更大的有效通道，其中凸起的特征提供了在这些通道之间流体流动的附加流体限制。在还有的实施例中，模板流体控制特征可以进一步包括多个台阶和/或多个蚀刻深度，以对于如何约束和重新定向流体提供进一步控制。

鉴于这种描述，各方面的其它修改和替代实施例对于本领域技术人员将是清楚的。因此，该描述应仅被解释为说明性的。应当理解，本文所示和描述的形式将被视为实施例的示例。元件和材料可以替代本文所示出和描述的那些，部分和处理可以颠倒，并且某些特征可以独立地使用，这一切对于本领域技术人员在获得本说明书的益处之后是清楚的。

Claims (12)

1.一种方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供基板，在所述基板上具有限定具有边界的压印场的位置，所述压印场还由内部区域和围绕所述内部区域的周边区域进一步限定，其中所述周边区域还包括流体控制特征；

在压印场位置处将可聚合材料沉积到基板上；以及

允许可聚合材料在基板上扩散，其中流体控制凹凸特征使得可聚合材料的扩散重新定向，以最小化可聚合材料扩散超过压印场边界。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压印场边界具有一个或更多个边缘，并且其中邻近每个所述边缘的流体控制特征按照平行于所述边缘的方向取向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述流体控制特征还包括细长特征，所述细长特征的长度为所述细长特征的宽度的至少10或100或1000或10000倍。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体控制特征还包括线、线段或交错条。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：使得具有图案表面的压印光刻模板与所述基板上的可聚合材料接触以填充所述模板的凹凸图案，其中在所述图案表面上具有所述凹凸图案，并且其中压印光刻模板在与所述周边区域对准的区域中包括流体控制特征。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述模板的流体控制特征与所述基板的流体控制特征互补并对准，或者相对于所述基板的流体控制特征交错。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：固化所述可聚合材料以在所述压印场位置处在所述基板上形成图案化层，以及将所述模板与所形成的图案化层分离。

8.一种制造器件的方法，其特征在于，包括：

根据权利要求7所述的方法在基板上形成图案化层；

将所述图案化层的图案转印到所述基板中；以及

处理所述基板以制造所述器件。

9.一种基板，其特征在于，在所述基板上具有限定具有边界的压印场的位置，所述压印场还由内部区域和围绕所述内部区域的周边区域进一步限定，其中所述周边区域还包括流体控制特征。

10.根据权利要求9所述的基板，其中所述压印场边界具有一个或更多个边缘，并且其中邻近每个所述边缘的流体控制特征按照平行于所述边缘的方向取向。

11.据权利要求9述的基板，其中所述流体控制特征还包括细长特征，所述细长特征的长度为所述细长特征的宽度的至少10或100或1000或10000倍。

12.根据权利要求9述的方法，其中所述流体控制特征还包括线、线段或交错条。